Как выбрать правильный RMU для приложений распределения среднего напряжения

Введение

A автоматический выключательявляется одной из наиболее широко используемых частейраспределительное устройство среднего напряженияв мире. Он расположен внутри компактных подстанций в густонаселенных городских кварталах, у подножий ветряных турбин, в подвалах коммерческих башен и по периметру промышленных предприятий. Его работа незамысловатая, но важная: соединить распределительные фидеры в кольцо, защитить трансформаторы и изолировать неисправности, не отключая при этом всю сеть.

Потому чтоРМУПоскольку они производятся в огромных количествах и используются большими парками, возникает соблазн относиться к ним как к товару — выберите напряжение, выберите ток, сравните цены. Этот подход работает до тех пор, пока он не перестанет работать. Неверно указанный RMU может создать операционные проблемы, которые усугубляются в десятках или сотнях установок. Конфигурация, которая идеально работает в центре города с умеренным климатом, может преждевременно выйти из строя в прибрежных районах с солевыми брызгами. Схема защиты, подходящая для радиальной сети, может вести себя непредсказуемо, когда утилита переконфигурирует кольцо.

Выбор правильного RMU требует понимания того, где он будет работать, как к нему будут обращаться и обслуживать, что он должен защищать и как сеть вокруг него может измениться в течение 30-летнего срока службы. В данной статье последовательно рассматривается каждый из этих факторов.

Начните с приложения, а не с каталога

Самая дорогая ошибка спецификации RMU — это выбор стандартной конфигурации из каталога без понимания контекста приложения. Три фактора применения должны определять каждое решение о выборе RMU.

Внутренняя и наружная установка. Внутренний RMU, установленный в электрощитовой с кондиционированием воздуха, находится в благоприятной среде. Температура стабильная. Влажность контролируется. Нет воздействия дождя, пыли или соли. Наружный RMU, установленный в корпусе, смонтированном на площадке недалеко от побережья, сталкивается с совершенно иной реальностью. Перепады температуры могут вызвать внутреннюю конденсацию. Солевой туман ускоряет коррозию открытых металлических частей. Ультрафиолетовое излучение со временем разрушает полимерную изоляцию и уплотняет ее. Корпус должен быть рассчитан на такие условия и иметь соответствующие классы защиты IP, меры против конденсации и защиту от коррозии.

Философия доступа и обслуживания. К RMU, установленному на закрытой подстанции в центре города, бригада технического обслуживания может приехать за 30 минут. Доступ к RMU, установленному у основания ветряной турбины на горном хребте, возможен только в определенные погодные окна, а посещение объекта может стоить несколько часов в пути. Чем более удалена установка, тем более убедительны аргументы в пользу герметичных конструкций, не требующих контроля газа, обслуживания контактов и периодического вмешательства. Философия технического обслуживания должна быть заложена в спецификацию, а не обнаруживаться после ввода в эксплуатацию.

Существующая конфигурация сети. RMU, добавляемый к существующему кольцу, должен быть совместим с философией защиты, протоколом связи и физическим интерфейсом уже находящегося в эксплуатации оборудования. Если в существующей сети используется конкретная платформа релейной защиты, новый RMU должен иметь возможность интеграции с ней. Если существующее кольцо использует определенную конфигурацию модуля, новый блок должен вписаться в эту топологию, не требуя специального проектирования.

Определите функции, которые должен выполнять каждый модуль

РМУ — это не отдельное устройство. Это совокупность модулей, каждый из которых выполняет определенную функцию. Первая задача спецификации — определить, какие функции необходимы и в каком количестве.

Модули кольцевой подачи. Это блоки выключателей нагрузки, которые подключают RMU к распределительному кольцу. Требуется как минимум два — обычно они обозначаются как входящие и исходящие, хотя в кольцевой конфигурации мощность может течь в любом направлении. Каждый модуль кольцевого фидера содержит выключатель нагрузки, способный отключать номинальный ток нагрузки. Наиболее распространенным номиналом является 630А, который охватывает подавляющее большинство применений распределительных колец.

Модули защиты трансформаторов. Эти модули питают и защищают распределительные трансформаторы, которые понижают среднее напряжение до низкого для местного потребления. Защита может быть обеспечена предохранителем (самый простой и распространенный подход), автоматическим выключателем (где требуется селективность или частое срабатывание) или комбинацией выключателей нагрузки с предохранителем. Выбор между предохранителем и автоматическим выключателем зависит от размера трансформатора, уровня неисправности сети и философии координации защиты предприятия.

Модули шинных соединителей. В более крупных сборках RMU шинный соединитель может соединять или разделять две секции шин. Это обеспечивает эксплуатационную гибкость: один трансформатор можно вывести из эксплуатации, а другой питает обе секции, или кольцо можно разделить на два независимых сегмента для изоляции неисправностей.

Модули прямого учета. Если коммунальному предприятию требуется коммерческий учет на RMU, специальный измерительный модуль включает в себя трансформаторы тока и напряжения, размер которых обеспечивает точность выставления счетов. Этот модуль обычно не имеет функции переключения — это всего лишь точка измерения.

Компания COTENELE поставляет модули RMU во всех этих конфигурациях, включая входящие и отходящие кольцевые фидеры номиналом 630 А, модули защиты трансформаторов с защитой предохранителем или автоматическим выключателем, шинные соединители и отсеки прямого измерения. Доступны стандартные конфигурации из трех, четырех и пяти модулей, а также индивидуальные конфигурации, соответствующие однолинейной схеме заказчика.

Выберите технологию изоляции

Изоляционная среда внутри резервуара RMU определяет воздействие оборудования на окружающую среду, профиль технического обслуживания и статус соответствия. Важность этого решения возросла, поскольку правила SF₆ ужесточились во всем мире.

Изоляция из сухого воздуха и азота стала основной заменой SF₆ в устройствах RMU. Оба газа имеют нулевой потенциал глобального потепления. Оба нетоксичны, негорючи и не требуют специального обращения по окончании срока службы. В современных RMU с сухим воздухом или изоляцией N₂ бензобак заполняется и герметизируется на заводе. Он не требует контроля давления, дозаправки и технического обслуживания, связанного с газом, в течение всего 30-летнего расчетного срока службы. Сам резервуар обычно изготавливается из нержавеющей стали, обеспечивающей коррозионную стойкость, соответствующую электрической долговечности оборудования.

РМУ COTENELE на 24 кВ без SF₆ использует сухой воздух в качестве изолирующей среды в герметичном резервуаре из нержавеющей стали. Конструкция прошла типовые испытания в соответствии со стандартом IEC 62271-200 с устойчивостью к короткому замыканию 25 кА в течение четырех секунд и классификацией внутренней дуги IAC AFLR при токе 20 кА в течение одной секунды. Резервуар покидает завод запечатанным и проверенным. С точки зрения оператора, нет газовой системы, которой нужно было бы управлять.

Твердая изоляция предлагает альтернативный подход, полностью исключая газ. Токоведущие проводники и переключающие контакты залиты эпоксидной смолой. Здесь нет бензобака, сосуда под давлением и нет возможности утечки газа. RMU с твердой изоляцией по своей природе компактны и хорошо подходят для суровых условий, где влажность, соль или загрязняющие вещества в воздухе могут стать проблемой для конструкций с газовой или воздушной изоляцией. Компромисс заключается в том, что модули с твердой изоляцией обычно менее гибки при необходимости реконфигурации и имеют более высокую стоимость единицы.

Наследие SF₆. Традиционные RMU, заполненные SF₆, все еще широко используются, но они больше не подходят для новых установок на рынках, где применяются Регламент ЕС по фторсодержащим газам или эквивалентные ограничения. Инженеры должны проверить нормативный статус целевого рынка, прежде чем включать оборудование SF₆ в спецификацию. Даже там, где SF₆ еще не запрещен, указание оборудования SF₆ создает долгосрочную ответственность за соблюдение требований, которую многие владельцы активов сейчас не желают принимать.

Проверка номинальных параметров на соответствие условиям площадки

Паспортные данные, указанные на паспортной табличке RMU, основаны на стандартных эталонных условиях. Условия на площадке часто отличаются от этих ссылок, иногда существенно. Задача инженера — убедиться в том, что номинальные значения действительны для реальной среды установки.

Номинальное напряжение должно превышать номинальное напряжение системы с учетом временных перенапряжений во время замыканий на землю или переходных процессов при коммутации. Для системы 20 кВ обычно используется RMU на 24 кВ. Для системы 33 кВ требуется номинал 36 кВ или 40,5 кВ. Выдерживаемые напряжения промышленной частоты и грозового импульса должны быть подтверждены исследованием координации изоляции проекта.

Номинальный ток для модулей кольцевого фидера обычно составляет 630 А, что соответствует длительному току в большинстве распределительных колец. Модули защиты трансформатора обычно имеют номинал 200 А или ниже, что соответствует номиналу предохранителя или настройке автоматического выключателя. Рейтинг должен быть действителен для высоты объекта и максимальной температуры окружающей среды. Если высота установки превышает 1000 метров или если температура окружающей среды регулярно превышает 40°C, применяются понижающие коэффициенты, и для обеспечения требуемого постоянного тока может потребоваться более высокий номинал, указанный на паспортной табличке.

Выдерживаемый ток короткого замыкания — это параметр, который самым непосредственным образом влияет на физическую надежность RMU. Номинальный ток — обычно 20 кА или 25 кА в течение четырех секунд — должен соответствовать или превышать расчетный уровень неисправности в точке установки. Исследование короткого замыкания, в котором используются текущие сетевые данные и учитываются прогнозируемые дополнения к будущим поколениям, является единственной надежной основой для определения этого параметра. Недоопределение этого параметра создает риск катастрофического сбоя. Чрезмерное определение приводит к ненужным затратам.

Понимание философии обслуживания каждой конструкции

Требования к техническому обслуживанию RMU существенно различаются в зависимости от конструкции, и это изменение напрямую влияет на эксплуатационные расходы в течение 30-летнего срока службы оборудования.

Герметичные бензобаки на весь срок службы являются современным стандартом для RMU, не содержащих SF₆. На заводе резервуар заполняется сухим воздухом или азотом, проверяется на герметичность и герметично закрывается. Манометра давления газа на передней панели нет — читать нечего. Заправочного отверстия нет — заправлять нечем. Руководство по техническому обслуживанию не содержит процедур, связанных с газом, поскольку их нет. Для оператора, управляющего парком из сотен RMU, исключение обработки газа из программы технического обслуживания является значительной операционной экономией.

Замена предохранителя — наиболее распространенная операция по техническому обслуживанию RMU и единственная операция, которая должна потребоваться при нормальной работе современного герметичного блока. При срабатывании предохранителя трансформатора плавкую вставку необходимо заменить. Конструкция должна позволять это делать безопасно, при этом модули кольцевых фидеров остаются в эксплуатации, в то время как модуль защиты трансформатора изолирован. Процедуры замены предохранителей, требования к доступу и наличие сменных плавких вставок должны быть проверены перед спецификацией.

Срок службы вакуумного прерывателя. В конструкциях RMU, в которых для функции автоматического выключателя или отключения нагрузки используются вакуумные прерыватели (что характерно для большинства современных RMU), прерыватели герметизированы на весь срок службы и не требуют обслуживания. Механическая долговечность рабочего механизма, обычно рассчитанная на тысячи операций, определяет интервал, через который может потребоваться проверка или капитальный ремонт механизма. В большинстве распределительных приложений, где операции переключения происходят нечасто, срок службы механизма превышает установленный срок службы оборудования.

Контрольный список настройки для распространенных сценариев применения

Разные приложения требуют разных конфигураций RMU. Хотя каждый проект имеет уникальные требования, несколько общих шаблонов могут служить полезной отправной точкой.

Городская распределительная подстанция. Типичная конфигурация состоит из трех модулей: двух модулей кольцевых фидеров (выключателей нагрузки) и одного модуля защиты трансформатора (с предохранителями). Это обеспечивает кольцевое соединение и питает местный распределительный трансформатор. В некоторых сетях применяется четырехмодульная конфигурация с дополнительным модулем защиты трансформатора, при которой два трансформатора устанавливаются на одной площадке.

Коллекторная сеть ветроэлектростанции. Трансформаторы ветряных турбин обычно защищены плавкими предохранителями в модулях RMU, установленных у основания каждой турбины или небольшими группами. Кольцевые фидеры RMU соединяют несколько турбин в шлейфовую цепь или возвращают к коллекторной подстанции. Частота переключения может быть выше, чем в городских условиях, из-за циклов запуска и остановки турбины. В качестве переключающих элементов предпочтительны вакуумные прерыватели с высокой механической прочностью.

Коммерческое здание или центр обработки данных. Если RMU снабжает объект генерацией на месте или двойными энергоснабжениями, может потребоваться модуль шинного соединителя для управления соединением между двумя источниками. Модули защиты трансформатора с автоматическими выключателями, а не с предохранителями, иногда предпочтительнее из-за их возможности удаленного сброса и облегчения координации с последующей защитой.

Критическая инфраструктура. Для больниц, аэропортов и промышленных предприятий с непрерывным процессом конфигурации RMU должны поддерживать выборочную координацию и обеспечивать возможность изолировать неисправный участок, не прерывая снабжение исправных участков. Резервирование в конфигурации кольцевого фидера — такое, чтобы ни одна неисправность кабеля не приводила к отключению всего источника питания — должна быть заложена в кольцевую топологию, а не только в спецификацию RMU.

Соответствие стандартам и документация

Типовые испытания по стандарту IEC 62271-200 являются минимальным требованием для модулей RMU на международных рынках. Программа типовых испытаний охватывает диэлектрические испытания, превышение температуры, устойчивость к короткому замыканию, классификацию внутренней дуги и механическую износостойкость. Инженеры должны запрашивать полные отчеты о типовых испытаниях, а не сводные сертификаты, и проверять, соответствует ли протестированная конфигурация заявленной конфигурации.

Помимо типовых испытаний, частью продукта является пакет документации. Протоколы заводских испытаний для каждого модуля. Декларация о соответствии применимым нормам, включая Регламент ЕС по фторсодержащим газам для оборудования, не содержащего SF₆. Руководство по установке и эксплуатации, в котором точно описаны требования к техническому обслуживанию или их отсутствие для конкретной конструкции.

COTENELE предоставляет сертификаты типовых испытаний IEC 62271-200, отчеты о плановых испытаниях и полный пакет документации к каждому предложению RMU. Документация доступна на стадии тендера, что позволяет инженерам-консультантам и оценщикам коммунальных предприятий завершить техническую экспертизу до присуждения контракта.

Заключение

Выбор RMU — это попытка продумать весь срок службы оборудования: где оно будет находиться, что от него будут требовать, как оно будет обслуживаться и как может измениться сеть вокруг него. Правильный выбор не обязательно тот, у которого самая низкая цена покупки. Это тот, который сводит к минимуму совокупную стоимость владения в течение трех десятилетий, обеспечивая при этом надежность, безопасность и эксплуатационную гибкость, необходимые для применения.

Для инженеров, готовящих спецификацию RMU, последовательность решений ясна. Начните со среды приложения. Определите необходимые функции модуля. Выберите технологию изоляции, которая соответствует действующим и предполагаемым экологическим нормам. Проверьте рейтинги на соответствие условиям сайта. Понять требования к техническому обслуживанию выбранной конструкции. Перед размещением заказа убедитесь, что документация и доказательства соответствия доступны.

COTENELE поддерживает этот процесс с помощью прошедших типовые испытания и готовых к производству модулей RMU без SF₆, сконфигурированных в соответствии с однолинейной схемой проекта. Наша команда инженеров готова рассмотреть требования к заявке, порекомендовать конфигурации модулей и предоставить полные пакеты документации для подачи заявки на участие в тендере.

Выбираете RMU для своего следующего проекта?

Компания COTENELE поставляет кольцевые силовые блоки 24 кВ, не содержащие SF₆, с сухой воздушной изоляцией, прошедшие типовые испытания IEC 62271-200 и полный пакет документации. Доступны стандартные и пользовательские конфигурации модулей.

О КОТЕНЕЛЕ

COTENELE является специализированным производителем распределительных устройств среднего напряжения, в том числе экологически чистых распределительных устройств с элегазовой изоляцией, не содержащих SF₆, вакуумных выключателей, кольцевых главных блоков и металлизированных панелей для применений от 12 кВ до 40,5 кВ. Наши продукты предназначены для коммунальных предприятий, операторов центров обработки данных, разработчиков возобновляемых источников энергии и промышленных покупателей в Европе, Азии и на Ближнем Востоке. Каждый продукт проходит типовые испытания на соответствие применимым стандартам IEC, при этом предоставляется полная документация для подачи заявки на участие в тендере и реализации проекта.